[pt] Trata o presente trabalho da utilização do piezocone sísmico para a obtenção de parâmetros do solo no campo. O equipamento, ainda inédito no Brasil, é composto do piezocone acrescido de geofone que permite efetuar a medida da velocidade da onda sísmica de cisalhamento no solo. Além dos parâmetros usuais fornecidos pelo piezocone, possibilita a obtenção do módulo cisalhante máximo, Gmax , através da teoria da elasticidade. São apresentados detalhes do equipamento e da instrumentação, assim como os procedimentos de calibração e de ensaios. O programa experimental constou de ensaios em solo arenoso, na cidade de Maceió e em solo argiloso mole no Rio de Janeiro. Os resultados são apresentados e discutidos com ênfase na obtenção dos valores do módulo cisalhante ao longo do perfil do solo. São também apresentadas comparações com valores de módulo obtidos a partir de outros ensaios de laboratório e campo.

[pt] Este trabalho apresenta resultados de um estudo realizado visando avaliar o mecanismo de ruptura associado ao escorregamento em solo não saturado ocorrido na Vista Chinesa (RJ) em fevereiro de 1988. São apresentados os resultados de um programa que envolveu investigações de campo e de laboratório, através do qual foram definidos os parâmetros necessários à realização de diversas análises. Foram utilizados os programas de computador SWMS-2D (análises de problemas de fluxo permanente/transiente em meios saturados / não saturados) e PC-SLOPE (análise de estabilidade de taludes utilizando de métodos de equilíbrio limite), com os quais procurou-se reproduzir, da maneira mais realista possível, os fenômenos observados na encosta em estudo. / [en] This thesys presents the results of one study aiming to evaluate failure mechanisms associated with the unsaturated soil lanslides which ocurred in Vista Chinesa (RJ) in february, 1988. There are showed the field and laboratory investigation program, which was the basis to define the parameters required for numerical simulations. In these simulations the SWMS-2D(analysis of permanent/transient flow problems in saturated/unsaturated media) and PC-SLOPE (stability analysis using the limit equilibrium methods) programs were used, in na attempt to reproduce as close as possiible the instability phenomena in the slope under investigation. / [es] Este trabajo presenta resultados de un estudio realizado para evaluar el mecanismo de ruptura asociado al deslizamiento de suelo no saturado, hecho que ocurrió en la zona de la Vista Chinesa (Rio de JaneiroJ) en Febrero de 1988. Se presentan los resultados de un programa que abarco investigaciones de campo y de laboratorio, a través del cual fueron definidos los parámetros necesarios a la realización de diversos análisis. Se utilizaron los programas de computador SWMS-2D (análisis de problemas de flujo permanente/transiente en medios saturados / no saturados) y PC-SLOPE (análisis de estabilidad de taludes utilizando métodos de equilibrio límite), con los cuales se intentó reproducir, de la manera más realista posible, los fenómenos observados en el lugar de estudio.

[pt] Neste trabalho se estuda a influência de um fluido alcalino na resistência ao cisalhamento de dois solos provenientes de Poços de Caldas-MG, sendo um deles um solo residual jovem de sienito e o outro um colúvio. Para tanto, elaborou-se um programa experimental que consistiu na execução de ensaios triaxiais CIU (solo residual jovem) e de cisalhamento direto (solo coluvionar), tanto com os solos no estado natural como contaminados. A contaminação dos solos se deu pela substituição total ou parcial do fluido intersticial por um licor cáustico, resíduo proveniente do processo do beneficiamento da bauxita. Ensaios de caracterização física, química e mineralógica, com os solos em ambos os estados, foram realizados com o intuito de auxiliar na análise dos resultados dos ensaios de resistência. Os resultados obtidos mostraram que os solos são suscetíveis à ação do licor, notando-se um decréscimo dos parâmetros de resistência. / [en] This work presents a study concerning the influence of an alkaline fluid in the shear strength of two soils originating from Poços de Caldas-MG, which one of them is a sienitic residual and the other a colluvium. For that, it was elaborated an experimental program consisting of the execution of CIU triaxial (residual soil) and direct shear (colluvium) tests. The tests were performed with the soils in the natural and contaminated states. The soils were contaminated through total or partial substitution of the pore fluids for a caustic liqueur, a residue originating from alumina production process. In order to provide better support for the analysis of strength tests results, it were performed physical, chemistry and mineralogical characterization tests, with the soils in both states. The experimental program results have shown that the liqueur causes loss of strength in both soils.

[pt] Neste trabalho, analisou-se a influência da sucção na resistência ao cisalhamento de um solo residual jovem de filito da região metropolitana de Belo Horizonte (MG). A fim de determinar a resistência ao cisalhamento do solo não saturado, foram realizados ensaios de cisalhamento direto com sucção controlada em amostras indeformadas e teor de umidade natural. Foram feitos também ensaios de cisalhamento direto convencional, em corpos de prova indeformados e submersos. Tais ensaios foram executados com diferentes níveis de tensão. Determinaram-se as curvas de retenção de umidade através do método do papel filtro, para se obter a relação entre a sucção e o teor de umidade do solo. O programa experimental compreendeu também ensaios de caracterização geotécnica, análises químico- mineralógicas. A partir da análise dos resultados de ensaios de cisalhamento direto convencional e com sucção controlada foi possível estabelecer uma envoltória de resistência ao cisalhamento em três dimensões para o solo estudado, função das variáveis de tensão ((sigma)-ua) e (ua-uw). Também são apresentadas algumas considerações sobre a influência da sucção na compressibilidade do material. Por fim, fez-se uma comparação dos resultados obtidos para a resistência ao cisalhamento com estimativas indiretas através de formulações simplificadas que usam os parâmetros efetivos de resistência e a curva característica de sucção (i.e. Lytton, 1995; Vanapalli et al., 1996; Fredlund et al., 1996; Oberg e Sallfors, 1997), assim como com outros resultados encontrados na literatura técnica. / [en] This work intends to evaluate the influence of suction in the shear strength of a young residual filite soil from Belo Horizonte city, of Minas Gerais, Brazil. The experimental program included conventional tests of geotechnical, chemical and mineralogical characterization. The relationship between suction and water content of soil was obtained by the filter paper method and represented graphically by soil-water characteristic curves (SWCC). In order to determine the shear strength of unsaturated soil, direct shear tests with controlled suction were executed with soil samples in their natural state. In addition, conventional shear strength tests were performed with undisturbed and submersed specimens. Both types of tests were performed with different values of stress. From the analysis of the tests´ results it was possible to establish a three- dimensional shear strength envelope in function of the stress state variables ((sigma)-ua) and (ua-uw). Moreover, some considerations about the influence of stress variables in compressibility of soil are discussed. Finally, a comparison of the results obtained for the soil´s shear strength was made with different prediction models using the SWCC and the effective strength parameters (i.e. Lytton, 1995; Vanapalli et al., 1996; Fredlund et al., 1996; Oberg e Sallfors, 1997). The results were also compared with other data found in the literature.

[pt] A necessidade da determinação do comportamento tensão-deformação de solos sob carregamento para fins de projeto de Engenharia exige o conhecimento prévio do estado natural de tensões ao que o solo está imposto. Quando se trata de solos residuais tropicais, este desafio amplia-se ainda mais devido à ação do intemperismo e variação de umidade. O estado natural do solo é usualmente expresso pelo coeficiente de empuxo no repouso (K0). Para a determinação de K0 três classes de métodos são utilizadas: métodos de correlação, de determinação in situ e em laboratório. Neste estudo, é utilizada uma célula rígida com sistema de controle de sucção para a obtenção de K0 em laboratório. Foram analisadas três amostras de solo residual de Gnaisse com diferentes graus de intemperismo, provenientes de São Conrado, Rio de Janeiro, denominadas: solo residual jovem (SRJ); solo residual de transição (SRT); e solo residual maduro (SRM). Para a análise da influência da sucção no valor do coeficiente de empuxo, cada amostra de solo foi ensaiada sob três diferentes condições de umidade, que tentaram representar as seguintes condições: mais úmida, com sucção de 10 kPa; intermediária, com 40 kPa de sucção; e mais seca, com 100 kPa. Os valores de K0 obtidos nos ensaios variaram de 0,50 a 0,65. Os resultados seguiram, em parte, a tendência esperada. Entretanto, devido à heterogeneidade do material estudado, é necessário realizar repetições dos ensaios a fim de obter dados representativos. / [en] The necessity to determine the stress-strain behavior of soils under loading for the purpose of engineering projects requires early knowledge of the natural state of stress that acting on the mass of soil. When it comes to tropical residual soils, this challenge is even greater due to weathering and moisture variation. The natural state of the soil is usually expressed by the coefficient of earth pressure at rest (K0). For the determination of K0 three classes of methods can be used: correlation meth-ods, in situ determination and laboratory tests. On this research, one rigid cell with system of suction control is used to obtain values of K0 in laboratory tests. Were analyzed three samples of Gneiss residual soil with different degrees of weathering. The samples were provenient to São Conrado, Rio de Janeiro and namely: young residual soil (SRJ), transition residual soil (SRT) and mature residual soil (SRM). To evaluate the influence of suction on the value of coefficient of earth pressure at rest, each sample of soil were tested into three different levels of moisture which correspond of following conditions: more humid, with suction of 10 kPa; interme-diate, with 40 kPa of suction; and more dry, with 100 kPa. The K0 values obtained in the tests ranged from 0,50 to 0,65. In general, the results attended the expected trend. However, due to the great heterogeneity of the studied material, it is neces-sary to perform repetitions of tests in order to obtain representative data.

[pt] A presente dissertação tem por objeto a análise teórica - comparativa, implementação computacional e avaliação da capacidade de simulação dos modelos constitutivos para solos, com ênfase nos solos não saturados. Primeiramente, são analisados os modelos básicos, clássicos e avançados formulados para solos saturados ou secos, assim como os modelos desenvolvidos para solos não saturados, incluindo também alguns modelos para solos estruturados. A seguir, e para testar a sua capacidade de modelagem, são implementadas as matrizes constitutivas de alguns dos modelos analisados para a retroanálise e previsão de comportamento de três solos residuais na condição saturada e não saturada. Como complemento da pesquisa, um dos modelos é utilizado na simulação de provas de carga com placa em solo residual pelo MEF, para os casos de saturação e umidade natural. Finalmente, são apresentadas organizadamente as conclusões gerais e particulares obtidas, assim como sugestões para futuras pesquisas no tema do presente trabalho. / [en] The objective of this thesis is to present a critical review of the main constitutive soil models published in the literature, discussing and evaluating their abilities to simulate the mechanical behavior of geological materials under the theoretical and numerical points of view, with emphasis on unsaturated soils. Firstly, some basic, classical and advanced soil models are presented and discussed, as well as a few other recent constitutive relationships specially developed for unsaturated and structured materials. In the sequence, in order to assess the efficiency and overall performance of some selected models, the respective constitutive matrices were numerically implemented for prediction and back-analysis of the response of three residual soils, in saturated and unsaturated conditions. As a complement of this research, one of the soil models is used to simulate the results of some plate load tests on a residual soil deposit through the finite element method. Finally, the general conclusions of this work are presented and some suggestions are made to aid future research in the area of soil modeling.

[pt] Deformabilidade e estabilidade de taludes em solo grampeado são aspectos relevantes na utilização deste sistema de reforço de taludes naturais ou resultantes de processo de escavação. A concepção do projeto envolve a escolha do comprimento, ângulo de instalação, espaçamento e resistência dos grampos. O dimensionamento, usualmente baseado na teoria do Equilíbrio Limite, não consegue prever deformações no interior da massa grampeada, assim como a redistribuição de esforços nos grampos ao longo das diversas etapas de escavação. Estas informações podem ser obtidas por modelagem computacional com o auxílio do programa FLAC, de forma a definir critérios de projeto para massas grampeadas em solo residual. Para escavações de baixa altura (inferiores a 5m), a razão entre comprimento do grampo e altura da escavação deve ser superior a 0,7 e a razão entre espaçamento vertical e comprimento do grampo inferior a 50%. Para escavações maiores, a razão entre espaçamento vertical e comprimento do grampo deve ser inferior a 25%. Para estas condições não é observada uma configuração de colapso do talude em solo grampeado. O ângulo de rotação da face da escavação é um parâmetro importante no projeto. Adicionalmente verifica-se que uma pequena variação na geometria, condições de contorno, modelo constitutivo e parâmetros do solo e do grampo causam mudanças expressivas nos valores de deslocamento, tensões iniciais e esforços axiais nos grampos. Uma pequena variação da inclinação do talude pode acarretar reduções de até 70% nos deslocamentos finais. Os esforços axiais máximos, mobilizados em cada grampo durante o processo de escavação, são maiores nos taludes mais íngremes. / [en] Deformability and stability of slopes supported by soil nailing are relevant aspects in the utilization of this reinforcement system during excavation. The project concept involves choosing the installation angle, spacing, and resistance of the soil nails. The parameters, usually determined from Limit Equilibrium Theory, cannot predict the deformation of the reinforced mass or the redistribution of stresses on the nails throughout the excavation stages. This information was obtained through computer modeling using the FLAC Program, which defined the performance of soil nailing masses in residual soil. For shallow excavations (H < 5m), the ratio between length and excavation height must be a minimum of 0.7, the ratio between spacing and length up to a maximum of 0.5. For higher excavations, the ratio between spacing and length has to be reduced to 0.25. The rotation angle of the excavation s face is an important parameter. Additionally, small variations in the geometry, boundary conditions, constitutive model, and soil and nail parameters, can cause large changes in the deformations, initial tensions and axial stresses in the nails. Regarding the slope inclination, a small variation can cause reductions of up to 70% in the final deformations. The maximum axial stresses mobilized in each nail during the process of excavation are larger in steeper slopes.

[pt] Para o conhecimento do estado de tensão natural do solo, expresso pelo coeficiente de empuxo no repouso (k0), emprega-se a realização de ensaios de laboratório em amostras indeformadas. A importância da determinação desse parâmetro para solos coluvionares diz respeito à aplicação em obras de engenharia que envolvam empuxo de terra e fundações. Existem correlações na literatura para a determinação de k0 que provém de pesquisas desenvolvidas considerando solos sedimentares, tipicamente de regiões temperadas ou frias. Ao lidar com solos coluvionares e residuais, típicos de regiões tropicais, não é condizente utilizar dessas correlações, visto que o k0 é afetado por vários fatores, tais como a sucção, grau de intemperismo, processo de laterização, entre outros que também afetam solos sedimentares saturados. Esse estudo analisa as amostras de solo coluvionar provenientes do talude da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio). Para determinar o coeficiente de empuxo no repouso do solo coluvionar na condição não saturada, é utilizado um equipamento de parede flexível, com sistema de controle de sucção. Para avaliar a influência da sucção no valor do coeficiente de empuxo no repouso, cada amostra foi ensaiada sob diferentes teores de umidade: mais úmida, com sucção de 10 kPa; intermediária com sucção de 40 kPa; e mais seca, com 100 kPa. Os valores de k0 obtidos nos ensaios variaram de 0,19 a 0,24. O coeficiente de empuxo no repouso do solo coluvionar na condição saturada (sucção nula) também foi determinado usando um equipamento triaxial servo-controlado tipo Bishop-Wesley. O valor de k0 obtido para o solo coluvionar na condição saturada foi de 0,36. Os resultados obtidos seguiram, em parte, a tendência esperada. / [en] For the knowledge of the natural stress state of the soil, expressed by the coefficient of earth pressure at rest (k0), a laboratory test is used in undisturbed samples. The importance of the determination of this parameter for colluvium soils relates to the application in engineering works that involve buoyancy of earth and foundations. There are correlations in the literature for determination k0 that comes from researches developed considering sedimentary soils, typically from temperate or cold regions. In dealing with residual and colluvium soils, typical of tropical regions, it is not appropriate to use these correlations, since k0 is affected by several factors, such as degree of weathering, laterization processes and suction, among others that also affect saturated sedimentary soils. This research analyzes samples of a colluvium soil from the Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio). For the determination of the coefficient of earth pressure at rest of the unsaturated colluvium soil, a flexible wall equipment, with a system of suction control was used. In order to evaluate the influence of suction on the value of the coeficiente of erath pressure at rest, each sample was tested under different moisture contents: wetter, with suction of 10 kPa; intermediate with suction of 40 kPa; and drier with 100 kPa. The k0 values obtained in the tests ranged from 0,19 to 0,24. The coefficient of earth pressure at saturated colluvium (null suction) was also determined using Bishop and Wesley type, servo-controlled triaxial equipment. The value of k0 obtained for the colluvium soil in the saturated condition was equal to 0.36. The results in both trials followed, in part, the expected trend.

[pt] Este trabalho tem como objetivo analisar a resposta sísmica do talude de um aterro (10,40 m de altura e 76 graus de inclinação), reforçado com geossintáticos (09 camadas de reforço horizontal com 10 m de comprimento) localizada em zona de atividade sí­smica, no Peru. Os aspectos investigados compreendem o estudo da estabilidade de taludes sob condição estatística, a resposta dinâmica da estrutura, a influência das condições de contorno, do tipo de amortecimento do solo e do ângulo de atrito do solo que forma o aterro aterro. As análises dinâmicas foram realizadas utilizando o programa computacional FLAC (ITASCA, 2005), com representação dos reforços geossintáticos como elementos de cabo. O comportamento mecânico do material de rejeito foi simulado através do modelo elastoplástico de Mohr-Coulomb, considerando tanto o amortecimento de Rayleigh (dependente da frequência), quanto o amortecimento histerático (dependente da deformação cisalhante do solo), com o objetivo de verificar os efeitos na resposta dinâmica do aterro e na distribuição das cargas máximas nos reforços. Um melhor entendimento de comportamento de taludes reforçados, principalmente sob ação de carregamentos sísmicos, é essencial para um adequado projeto de engenharia, tanto em termos técnicos quanto econômicos, em diversos países andinos da América do Sul. / [en] The main objective of this research is to investigate the seismic response of a soil slope reinforced with geosynthetics, located in an active seismic region of Peru. The 10.40m high slope was reinforced with 9 horizontal layers of geosynthetics 10m long. The aspects studied in this work are related to the slope static stability, the dynamic response of the embankment under seismic excitation, the effects of the boundary conditions and the different types of mechanical damping, the influence of the friction angle of the soil that forms the embankment. The seismic analysis was carried out with the computational program FLAC, where the reinforcement layers were represented by means of cable elements. The soil mechanical behavior was simulated through the Mohr- Coulomb elastoplastic constitutive model, considering both the frequencydependent Rayleigh damping and the hysteretic damping (dependent on the soil shear deformation) with the objective to understand the influence of all these variables on the dynamic response of the structure and on the distribution of traction forces along the reinforcements. A good knowledge about the mechanical behavior of soil reinforced structures is essential for an efficient engineering design, under the technical and economical points of view, mainly in the Andean countries of South America.

[pt] A utilização de materiais geossintéticos como reforço em obras geotécnicas vem crescendo bastante nas últimas décadas. A geogrelha, cuja função primária é o reforço de solos, é um entre os diversos tipos de geossintéticos, que vêm sendo utilizados. Diversas são as formas de interação da geogrelha com o solo em um maciço reforçado e o entendimento dos mecanismos que se desenvolvem nestas interações é essencial, pois só a partir daí pode-se obter parâmetros confiáveis para projeto. Pesquisas vêm sendo realizadas por diversos autores, mas muitos aspectos ainda devem ser estudados para que se tenha uma melhor compreensão do comportamento de solos reforçados com geogrelhas. A utilização de uma ferramenta numérica pode ser uma alternativa para que consigamos dar um passo adiante no entendimento da técnica de solo reforçado. Então, modelagens numéricas de ensaios triaxiais e de cisalhamento direto em solos reforçados e não reforçados foram realizadas com a utilização do programa Plaxis. Foram analisadas a influência do reforço no aumento da rigidez e resistência do solo e a resistência de interface solo-reforço. Para calibrar o programa e validar as análises numéricas, foram realizadas retro-análises dos ensaios realizados por Sieira (2003), onde se definiram aspectos importantes para modelar os ensaios, tal como, a melhor forma de impor as condições de contorno. Os resultados obtidos nas análises numéricas dos ensaios triaxiais sugerem que o programa Plaxis permite de forma razoável a reprodução dos ensaios reforçados, sendo possível prever o ganho de resistência do solo com a inclusão do reforço. Uma análise alternativa, onde se aplica um incremento de tensão confinante representativo da influência do reforço, foi também realizada. As análises numéricas dos ensaios de cisalhamento direto em solo arenoso não reforçado permitiram verificar a rotação do eixo das direções das tensões principais quando é aplicado carregamento cisalhante e a presença de uma zona central de cisalhamento (zona de cisalhamento). A resistência de interface sologeogrelha não foi bem reproduzida, indicando que o Plaxis não permite este tipo de avaliação. Quando os reforços encontravam-se inclinados, verificou-se a maior eficiência do reforço rígido e fazendo ângulo de 60º com a superfície de ruptura. / [en] The use of geosynthetic materials as reinforcement in geotechnical engineering works is significantly increasing over the past decades. Geogrid, whose primary functions is reinforcing the soil mass, is one of the geosynthetics that has been used. In a reinforced soil structure, there are different types of interaction between soil and geogrid. To be possible to obtain reliable design parameters is essential to know the mobilized mechanisms in the interaction. This situation has been investigated by many researchers, but there are still many aspects to be better understood about geogrid reinforced soil behavior. In this research, numerical tools have been used to improve our knowledge about reinforced soil techniques. Numerical modeling of triaxial and direct shear tests on reinforced and non reinforced soils were carried out using software Plaxis. It was verified the resistance and stiffness increase of the soil due to geogrid inclusion and the interface soil-reinforcement resistance parameters. To calibrate the software and to validate the numerical analyses, back-analyses of the tests carried out by Sieira (2003) were done. These results helped to define important aspects to the tests modeling such as geometry and tests boundary conditions. The numerical analyses of the triaxial tests suggest that the software Plaxis reasonably allow an adequate reproduction of the reinforced soil tests. It was possible to foresee the increase of soil resistance because of reinforcement inclusion. In addition, an alternative analysis, where one applies a confining stress that reproduces the reinforcement influence, it was done. Numerical analyses of non reinforced direct shear tests had numerically evidenced the rotation of the axis of the principal stresses directions and the presence of a central zone of shear (shear zone). The soil- geogrid interface resistance was not well reproduced, indicating that Plaxis does not allow this type of evaluation. To inclined reinforcement relative to failure plane, it was verified the maximum gain of resistance is achieved with inclined reinforcement at 60º and when rigid geogrids are used.